上篇文章我們分析了常見的ArrayList源碼，它的內部是由一個數(shù)組來實現(xiàn)的。那么今天，我們來分析另一個常見的類LinkedList。本文分析都來自Java8。
(ps:這段話寫自寫完本文記錄后添加。個人感想為已經寫成了介紹鏈表)
類說明
不多廢話，首先我們來看一下這個類。
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
transient int size = 0;
/**
* Pointer to first node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;
/**
* Pointer to last node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;
從LinkedList這個類名我們就猜出，這個List內部可能是由鏈表來實現(xiàn)，我們后面來驗證一下。它實現(xiàn)了Deque接口，因此可以知道，LinkedList也可以作為隊列來進行使用。同時也實現(xiàn)了Serializable接口，說明可以對它進行序列化，反序列化來傳遞，獲取數(shù)據(jù)等等。
我們再來看看LinkedList的成員變量。首先是一個int類型的size,這個我們在ArrayList中也介紹過。這個是一個表明List有多少個元素。然后是一個Node類型的first變量，從注釋我們看出指向頭結點的變量（用C，C++解釋稱之為指針，也許用C語言的方式更好解釋）。后面的last變量也很好理解，它指向最后結點。我們跟進Node類去看看源碼：
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
這是一個LinkedList的內部類，還是比較簡單的。首先一個泛型的item變量，用來存儲數(shù)據(jù)，然后有一個指向下一個結點的next指針，前一個結點的prev指針。
至此我們其實就可以得出結論，LinkedList果然名不虛傳，內部就是由鏈表的形式實現(xiàn)。它并沒有用數(shù)組來存儲數(shù)據(jù)元素，而是由一個個Node類型結點來儲存數(shù)據(jù)，然后每個Node結點通過指向前后結點的next和prev指針將整個List串聯(lián)起來。我們來畫張簡單圖來看看ArrayList和LinkedList的基本區(qū)別：
正是這樣的區(qū)別，從而導致了兩者不同的效率問題。如果我們對一個ArrayList頻繁的增加數(shù)據(jù)，那么內部的數(shù)組就會不斷擴容創(chuàng)建新的數(shù)組然后把舊數(shù)據(jù)復制到新數(shù)組返回。插入數(shù)據(jù)或者刪除其中一個數(shù)據(jù)，又要把所有數(shù)據(jù)后移或者前移。這樣的操作效率很低下的，為了一個數(shù)據(jù)處理了其他數(shù)據(jù)。
而LinkedList不同，插入只需要將要插入位置的前結點的next指針指向新的數(shù)據(jù)結點（如下圖插入工作圖的2），將插入結點的prev指向前指針(如1處)，將next指向下一個結點(如3處)，將之前的后結點的prev指針指向插入指針(如4處)。刪除也是如下刪除工作圖，就不再講述。這樣的話只需要幾步操作就完成了處理，無需移動大量數(shù)據(jù)。效率非常高。(下面兩幅圖均來自網上大神的鏈表介紹文章http://www.cnblogs.com/bb3q/p/4490589.html)無恥的借用一下下~~~
那既然如此ArrayList豈不是一無是處了？為啥還要用呢？其實并不是，鏈表既然是用指針的方式連起來，那么意味著我們尋找某個結點就需要從頭開始遍歷，直到找到這個元素為止，并不能提供隨機訪問。例如我們想找數(shù)組的第五個元素，那么只需xxx[4]即可得到，但是鏈表不行，只能從頭開始遍歷到第五個元素才行。因此在開發(fā)中如果需要對list頻繁的添加，刪除，插入，那么用LinkedList是很好的。但是數(shù)據(jù)量不大，需要經常查詢數(shù)據(jù)的時候，ArrayList更適合。
至此我們就將LinkedList的類和成員變量介紹完了，也分析了和ArrayList的區(qū)別。接下來我們來看看構造方法：
public LinkedList() {
}
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
第一個構造方法是空實現(xiàn)，因為內部是鏈表，無需像ArrayLsi一樣t實例化數(shù)組。
我們來看看第二個構造方法，傳入?yún)?shù)為一個集合，主要是調用了addAll()方法，我們來看看：
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
第一個addAll()方法將size傳入，其實就是從原有List的末尾開始添加傳入的數(shù)據(jù)，而這里size為0。所以就是從頭開始添加數(shù)據(jù)。我們仔細分析第二個addAll()方法。
我們拆開來分析:
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
首先checkPositionIndex()方法來判斷傳入的index是否大于0并且小于size。
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
然后將傳入的集合首先轉換為數(shù)組。然后判斷數(shù)組長度是否為0，如果是0，表示沒有添加的數(shù)據(jù)，直接返回。
如果不是，那么定義兩個結點succ和pred。個人理解succ表示要插入的index下標的結點，pred表示succ結點的前結點。然后判斷index是否等于size,而我們在構造方法中傳入的index就等于size,所以表示從鏈表的末尾開始添加數(shù)據(jù)。即succ為null(因為下標從0開始，所以最后一個數(shù)據(jù)下標為size - 1),pred為last最后一個結點。如果index不等于size,那么找到index處的結點賦值給succ,pred等于succ的前結點。
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
到這里就已經把預處理工作完成了。接下來就是添加數(shù)據(jù)過程。首先是一個for循環(huán)遍歷a數(shù)組。每個對象(也就是數(shù)據(jù))都生成一個結點。然后將新結點的前指針指向pred結點。如果pred為空(這種情況就是鏈表為空，沒有一個結點)，那么這個新結點就是鏈表的表頭。如果pred不為空，那么將pred的后指針指向這個新結點。這樣就將pred結點和新結點串聯(lián)起來。然后pred往后移一個結點，指向新結點。這樣就不斷的將所有新數(shù)據(jù)插入到指點位置往后。
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
for循環(huán)后，會判斷succ是否為空(即我們插入位置的舊結點是否為空)。如果為空，表明我們是插入到鏈表的末尾的，那么就無需將舊結點的后結點的prev指針修改(因為根本沒后結點)，直接將last指向pred(因為在for循環(huán)中pred會指向新數(shù)據(jù)集合的最后一個數(shù)據(jù))即可。如果succ不為空，表示我們是在鏈表的中間插入數(shù)據(jù)的。因此就要將新數(shù)據(jù)集合的最后一個數(shù)據(jù)結點的next后指針指向我們插入位置的結點。然后將未插入前的index處的結點的前結點修改為指向新插入的最后一個數(shù)據(jù)結點即pred。
size += numNew;
modCount++;
return true;
最后將數(shù)據(jù)數(shù)量加上新插入的數(shù)據(jù)數(shù)量，修改數(shù)據(jù)結構次數(shù)自加1即可。
至此我們就已經將構造方法分析完畢，可以說就是最常見的數(shù)據(jù)結構中雙向鏈表的操作方法。接下來我們繼續(xù)分析一些常見的方法。
add()
我們來看看最常用的幾個add()方法,首先是第一個:
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
我們看到就是調用了linkLast()方法，我們跟進去看看:
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
我們來看看這個方法，首先定義了兩個常量l和newNode結點。分別表示鏈表中最后一個結點和一個封裝了新數(shù)據(jù)的新結點。新結點的前指針指向l。然后將last指針指向新結點。然后判斷如果l結點(即之前的最后一個結點)是空，表明鏈表之前沒有數(shù)據(jù)，加入的新數(shù)據(jù)將會稱為第一個結點。因此將表頭first指針指向新結點。如果l不為空。則將之前最后一個結點的后指針指向新結點，新結點指向l。然后size自加1，modCount自加1表示修改了一次鏈表。這樣就將新數(shù)據(jù)插入到了鏈表的末尾。
第二個add()方法：
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
首先是調用checkPositionIndex()方法檢查index是否大于0并小于size。
然后如果index等于size，表示我們要將數(shù)據(jù)插入到鏈表的末尾，調用linkLast()方法來插入數(shù)據(jù),上面分析了該方法這里就不在贅述。如果index不等于size,那么表示是在鏈表的中間插入數(shù)據(jù),那么調用linkBefore()方法:
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
可以看到其實也是差不多的，首先定義兩個常量Node變量pred和newNode用來表示我們要插入的結點的前結點和一個要插入的新結點，這個新結點的前指針指向pred,后指針指向插入位置的舊結點。然后將要插入位置的舊結點的prev前指針指向新結點。如果pred為空，表示我們要插入的位置是表頭，直接將表頭指針first指向新結點。如果不為空，那么將pred的后指針next指向新結點。
remove()
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
我們來看看第一個remove()方法，傳入的參數(shù)表示是一個數(shù)據(jù)。雖然要首先判斷我們傳入的數(shù)據(jù)是否為空來分開操作。但是其實都是一樣的做遍歷然后刪除結點。如果是空，那么就要進行for循環(huán)從表頭開始遍歷，有人可能會好奇，傳入為空的話為什么還要找，沒有意義呀？這里我的想法是鏈表是一種數(shù)據(jù)結構，它是以結點為基礎存在的，不關心數(shù)據(jù)。所以有可能某個結點不為空，但是結點封裝的數(shù)據(jù)為空。因此，在某些特殊場景下萬一有些人就是要存空數(shù)據(jù)呢？我們重點看看unlink()方法：
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
首先將要刪除結點的數(shù)據(jù)取出。然后得到刪除結點的前結點prev，后結點next。然后如果前結點為空，表明刪除結點為頭結點，因此直接將表頭first指針指向刪除結點的后結點。否則的話將prev的next指針直接跳過刪除結點指向next結點。然后將輸出結點的prev指針置空。后面的next判空也是同理。最后將刪除結點的數(shù)據(jù)置空，鏈表數(shù)量自減1，modCount自加1，然后刪除結點的數(shù)據(jù)。至此，結點刪除就已經完成。
接下來我們來看看第二個remove()方法：
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
這個更簡單，移除指定的結點。還是首先檢查index的合法性，然后得到指定位置的結點調用unlink()方法移除即可。上面已分析unlink()方法，就不再贅述。
第三個remove()方法:
public E remove() {
return removeFirst();
}
說實話這個remove()方法我不是很理解為什么這些寫，就是調用removeFirst()方法來移除表頭結點。百思不得其解為什么要這么設計，而且remove()這個方法名也根本看不出是移除表頭的意思。也沒有什么可以分析的，就是一個簡單的移除表頭結點。
clear()
public void clear() {
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
// more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
for (Node<E> x = first; x != null; ) {
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
我們來看看clear()方法，顧名思義，clear就是將鏈表清空。所以直接一個for循環(huán)，從表頭開始一直到表尾。將每個結點的數(shù)據(jù)直接置空即可。最后將表頭，表尾first,last置空。size置為0即可。
get()
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
get()方法也很常用，我們來看看，首先調用checkElementIndex()方法檢查index是否大于0并小于size。然后調用了node()方法來獲取指定位置的結點。我們去看看：
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
我們看到，這里還是用了一點小技巧。首先判斷我們想要的位置是否是在鏈表的前半部分還是后半部分(size >> 1 表示除以2)，如果在前半部分那么就從表頭開始遍歷，在后半部分就從表尾開始往前遍歷。知道拿到目標結點即可。
set()
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
首先也是調用checkElementIndex()方法檢查index是否大于0并小于size。然后也是調用node()方法獲取指定位置的結點。然后將指定結點的item數(shù)據(jù)置為新值，返回舊值即可。
至此我們常見的LinkedList的方法源碼分析就已經完了，其他的一些方法要么不怎么用，要么非常簡單只有一兩行簡單代碼甚至就是調用這些常見方法，讀者一跟進去就能明白，這里就不再深究。
最后我們再來總結一下：
首先LinkedList內部是由雙向鏈表來實現(xiàn)的。我們儲存的每一個數(shù)據(jù)都會被封裝在一個數(shù)據(jù)結點之中。而結點瘋轉了指向前結點的指針，數(shù)據(jù)，指向后結點的指針。依靠這些數(shù)據(jù)結點實現(xiàn)雙向鏈表。
既然是鏈表，那么優(yōu)點就是添加，插入，刪除數(shù)據(jù)效率比數(shù)組高很多。因為在插入或者刪除某個數(shù)據(jù)時，只需對要刪除結點，前結點，后結點進行操作，無需像數(shù)組一樣將后續(xù)數(shù)據(jù)全部前移或者后移。但是由此也看出缺點，因為鏈表并不是連續(xù)的空間儲存，也沒有什么下標進行記錄位置。因此要尋找某個數(shù)據(jù)時只能進行遍歷，而不像數(shù)組一樣可以隨機查找。如果我們在實際開發(fā)中我們需要對某個List進行頻繁的插入，刪除，而且數(shù)據(jù)量又特別大的時候。可以考慮使用LinkedList。
